Многоходовая оптическая кольцевая система для исследования осесимметричных объектов Советский патент 1989 года по МПК G02B17/06 

1

(21)4341785/24-10

(22)27.10.87

(46) 15.10.89. Бюл. 38

(71)Институт химической физики АН СССР

(72)С.М.Чернин, С.Б.Михайлов, В.М.Заманский и Е.Г.Барскэ (53) 535.312 (088.8)

(56) Львов Б.В. Атомно-абсорбционный спектральный анализ, М.: Наука, 1966, с. 152.

(54) МНОГОХОДОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ КОЛЬЦЕВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСЕСИМ- МЕТРИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ

(57) Изобретение относится R оптическому приборостроению и может быть использовано при спектральных исследованиях в осесимметричных пламенах и газовых потоках, а также при изучении физико-химических процессов в ударных трубах. Цель изобретения

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при спектральных исследованиях в осесимметричных пламенах и газовых потоках, а также при изучении физико-химических процессов в ударных трубах. Цель изобретения - повышение пространственного разрешения за счет обеспечения радиального сканирования исследуемого объекта с одновременным изменением числа ходов системы. Многоходовая оптическая кольцевая система содержит оптически сопряженные источник 1, оптическую систему, состоящую из двух вогнутых зеркал 2 и 3 и плоского зеркала 4, зеркальный рефлектор 6, выполненный в виде симметричного шарового пояса с внутренней отражающей поверхностью с входным 5 и выходным 7 окнами, оси которых лежат в плоскости симметрии шарового пояса и пересекаются в его центре под углом. Излучение от источника 1 попадает на подвижное сферическое зеркало 2, формирующее пространственное изображение источника 1 между зеркалами 2 и 3. Сферическое зеркало 3 создает изображение источника в центральной части рефлектора 6 на поверхности пространственного кольца фокусировки 10 с радиусом R. Попадая затем в расходящемся пучке на зеркальную поверхность рефлектора 6, лучи многократно отражаются, пересекаясь после каждого отражения на поверхности кольца фокусировки 10. Изменяя на входе в рефлектор 6 угол наклона лучей за счет поворота сферического зеркала 2, можно получить различное число прохождений излучения в системе с изменением размера пространственного кольца фокусировки 10. 1 ил.

(Л

ел ел

со

1515

повьппеиие пространственного разрешения за счет обеспечения радиального сканирояания исследуемого объекта с одновременным изменением числа ходов системы. Многоходовая оптическая кольцевая система содержит оптически сопряженные источник 1, оптическую систему, состоящую из двух вогнутых зеркал 2 и 3 и плоского зеркала 4, зеркальный рефлектор 6, выполненный в виде симметричного шарового пояса с внутренней отражающей поверхностью, с входным 5 и выходным 7 окнами, оси которых лежат в плоскости симметрии шарового пояса и пересекаются в его центре под углом, Иэлучение от источника 1 попадает на подвижное сферическое зеркало 2, формирующее проИзобретение относится к оптичес- кому приборостроению, в частности к оптическим системам с отражающими поверхностями, и может быть использо вано при спектральных исследованиях в осесимметричных пламенах и газовых потоках, а также при изучении физико-химических процессов в ударных трубах.

Целью изобретения является повышение пространственного разрешения за счет обеспечения радиального сканирования исследуемого объекта с одновременным изменением числа ходов си стемы.

На чертеже показано расположение оптических элементов и ход лучей при десятикратном прохождении в многоходовой оптической кольцевой системе

Многоходовая сие тема coдepжиt исто ник 1 с расходящимся пучком лучей, Формирующая оптика представлена по ходу лучей зеркалами 2-4 (зеркала 2 и 3 вогнутые сферические, зеркало 4 плоское. Сферическое зеркало 2 подвижное, его сопряженная пара то- чек совпадает с источником и серединой отрезка между сферическими зеркалами 2-3, Сферическое зеркало 3 неподвижное, одна сопряженная пара точек совпадает с центрами сферичес- кого зеркала 2 и входного окна 5 зеркального рефлектора 6, а другая пара сопряженных точек этого же зеркала совпадает с серединой отрезка

странственное изображение источника 1 между зеркалами 2 и 3.. Сферическое зеркало 3 создает изображение источника в центральной части рефлектора 6 на поверхно ;ти пространственного кольца фокусировки 10 с радиусом г, Попадая затем в расходящемся пучке на зеркальную поверхность рефлектора 6, лучи многократно отражаются, пересекаясь после каждого отражения на поверхности кольца фокусировки 10 Изменяя на входе в рефлектор 6 угол наклона лучей за счет поворота сферического зеркала 2, можно получить различное число прохождений излучения в системе с изменением размера пространственного кольца фокусировки 10, 1 ил.

между сферическими зеркалами 2-3 и точкой, отстоящей от центра зеркального рефлектора на расстоянии радиуса Г, определяемого из соотношения г R.sin i, гдео - угол между осью входного окна рефлектора и оптической, осью формирующей оптической системы, R - радиус, зеркального рефлектора. Сферическое зеркало 2 установлено с возможностью углового смещения в меридиальной плоскости. Его оправа является входным зрачком многоходовой системы. Габаритные размеры неподвижного сферического зеркала 3 выбраны с запасом, они допускают Небольшой угловой сдвиг лучей при повороте сферического зеркала 2, Плоское поворотное зеркало 4 расположено перед входным окном 5 зеркального рефлектора 6, Отражающие участки зеркального рефлектора 6 расположены на вогнутой сферической поверхности в виде замкнутого симметричного кольца Гшарового пояса с внутренней отражающей поверхностью). Под

ft 180 - arcsin

к оси

углом входного

окна 5 рефлектора 6 расположена ось выходного окна.7, где D диаметр входного окна рефлектора. Против него установлена линза 8 и приемник излучения 9, I

Многоходовая оптическая кольцевая система работает следующим образом.

515

Излучение от источника Г в расходящемся пучке попадает на подвижное сферическое зеркало 2, от которого отраженные лучи в сходящемся пучке направляются к неподвиясному сферическому зеркалу. 3. Сферическое зеркало 2 формирует пространственное изображение источника между зеркалами 2-3, От сферического зеркала 3 лучи в сходящемся пучке с помощью поворотного зеркала 4 направляются к входному окну 5 зеркального рефлектора 6. Сферическое зеркало 3 создает изображение источника в центральной части рефлектора на поверхности пространственного кольца 10 фокусировки с радиусом г. Попадая затем в расходящемся пучке на зеркальную сферическую поверхность рефлектора, лучи многократно отражаются, причем после каждого отражения сходящиеся лучи пересекаются в пространстве на поверхности кольца 10 фокусировки. После определен- Ного числа прохождений лучи через выходное окно 7 покидают зеркальный рефлектор. Далее с помощью линзы 8 излучение фокусируется на приемнике 9 ,

Изменяя на входе в рефлектор угол наклона лучей за счет поворота сфе- рического зеркала 2, можно получить различное число прохождений излучения в системе. Большему числу ходов соответствует меньший размер пространственного кольца 10 фокусировки Неподвижность положения световых пупков в плоскости входного окна 5 рефлектора при различных числах хо- дов обеспечивается соответствующим переносом изображения входного зрачка на входное окно. Число прохождени светового излучения в многоходовой системе может быть подсчитано из соотношения

„ Г360-е 1 N -J,

где N принимает целые четные знача- ния.

Максимальное число прохождений ограничивается выражением

г Ь -1.

тах ocj

где od - угловая апертура со стороны входного окна;

д 5 0 5 0

п

5

5

1 - угол между осью входного

окна рефлектора и оптической осью формирующей системы;

Р - угол между осями входного

и выходного окон зеркального рефлектора.

Формула изобретения

Многоходовая оптическая кольцевая система для исследования осесиммет- ричных объектов, содержащая оптичес-. ки сопряженные источник и приемник изл гчения с установленным между ними зеркальным рефлектором, отражакнцие поверхности которого расположены .по окружности, отличающаяся Тем, что, с целью повышения пространственного разрешения за счет обеспечения радиального сканирования исследуемого объекта с одновременным изменением числа ходов системы, отражающие поверхности зеркаляного рефлектора выполнены в виде симметричного шарового пояса с внутренней отражающей поверхностью с входным и выходным окнами, оси которых лежат в плоскости симметрии шарового пояса и пересекаются в его центре под углом.в 180° - arcs in -| )

где D g, - диаметр входного окна

рефлектора;

R - радиус зеркального рефлектора,

причем источник излучения оптически сопряжен с зеркальным рефлектором, при помощи дополнительно введенной между ними оптической системы, выполненной из последовательно уста- невленных двух сферических зеркал - первого, сопряженная пара точек которого совпадает с источником и точкой, лежащей на оптической оси между сферическими зеркалами, и второго, одна пара сопряженных точек которого совпадает с централи первого сферического зеркала и входного окна зеркального рефлектора, а другая пара сопряженных точек совпадает с точкой, лежащей на оптической оси между сферическими зеркалами, и точкой, отстоящей от центра зеркального рефлектора на расстоянии радиуса, определяемого из соотношения г R . sin i.

715151318

где i - угол меящу осью входного окнапри этом перфое сферическое зеркало

рефлектора и оптической осьюустановлено с возможностью поворота

дополнительно введеннойв меридиональной плоскости, оптической системы,